基于单片机的点阵电子显示屏的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的点阵电子显示屏的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

应的算法。 不过当算法太复杂，太浪费时间的话，也可以考虑预先 生成刷新数据，存储备用。 刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果。 刷新太慢，动感不 显著；刷 新太快了，中间过程看不清。 一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内。 从理论上说，不论显示图形还是文字，只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对 应的 LED 器件发光，就可以得到我们想要的显示结果，这种同时控制 LED 显示屏的各个发光点亮灭 的方法称为静态驱动显示方式。 1616 的点阵共有 256 个发光二极管， 显然单片机没有这么多端口， 如果我们采用锁存器来扩展端口，按 8 位的锁存器来计算， 1616 的点阵需要 256/8=32 个锁存器。 这个数字很庞大，因为我们仅仅是 1616 的点 阵，在实际应用中的显示屏往往要大得多，这样在 锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。 因此在实际应用中的显示基于单片机的点阵电子显示屏的设计 6 屏几乎都不采用这种设计，而 采用另一种称为动态扫描的显示方法。 动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如 16 行） 的同名列共用一套列驱动器，每行有一个行驱动器，具体就 1616 的点阵来说，把所有同一行的 发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），先送出对应第一 行发光管亮灭的数据并锁存，然后选通第一行使其燃亮一定的时间，然后熄灭； 再送出第二行的数 据并锁存，然后选通第二行使其燃亮相同的时间，然后熄灭；„„第十六行之后，又重新燃亮第一 行，反复轮回。 当这样轮回的速度足够快（每秒 24 次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就能看到 显示屏上稳定的图形了。 显示数据传输方案论证 采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。 显示数据通常存储在单片机的存储器中，按 8 位一个字节的形式顺序排放。 显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输方式的问题。 从控制电路到列驱动器的数 据传输可以采用并行方式或串行方式。 显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量 大，相应的硬件数目多。 当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。 采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。 但是，串行传输过程较长，数据按顺序一位一位地输出给列驱动器。 只有当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才 能并行地进行显示。 这样，对于一行的显 示过程就可以分解列数据准备和列数据显示两个部分。 对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了，以至影响到 LED 的亮度。 解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。 即在显示本行各列数据的同时，准备下一行的列数据。 为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具 有锁存功能。 经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能。 对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能；对于列数 据显示来说，应具有并行锁存的功能。 这样，本行已准备好的数 据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。 基于单片机的点阵电子显示屏的设计 7 第二章 系统硬件电路的设计 设计框图及介绍 LED 点阵总体框图如图 所示，点阵电路大体上可以分成微机本身的硬件、显示驱动电路、控制信号电路三部分。 控制电路部分包括一个 51CUP 和一些外围电路。 在整个电路当中此控制电路部分相当于一个上位机，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与 PC 机的串行通讯、以及给屏体电路部分发送命令。 点阵显示屏体、以及它的行和列的各个驱动电路。 由于两部分的电路在制板时可以放到一起，所以可以将其字库放到控制电路部分使用串行通讯方式来与屏体电路部分进行数据和命令的传送。 单片机列 驱 动 器电 源L E D 显 示 点 阵行驱动器 图 显示屏电路框图 此显示电路采用扫描方式进行显示时，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。 由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描 (把该行与电源的一端接通 )。 另一方而，根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。 接通的列，就在该行该列点燃相应的 LED；未接通的列所对应的 LED 熄灭。 基于单片机的点阵电子显示屏的设计 8 控制电路模块 单片机简介 单片微型计算机（ Single Chip Microputer）简称单片机，是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种功能部件，包括 CPU（ Central Processing Unit）、存储器（ memory）、基本输入 /输出 (Input/Output，简称 I/O)接口电路、定时 /计数器和中断系 统等，都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机。 单片机内部基本结构如图 所示。 由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又称为微控制器 (MicroController Unit，简称 MCU)。 时 钟 电 路 R O M 定 时 / 计 数 器R A MC P U并 行 接 口 串 行 接 口 中 断 系 统T X D R X D I N T 0 I N T 1图 单片机内部基本结构 单片机最小应用系统电路设计 单片机采用 MSC51 或其兼容系列芯片，采用 24MHZ 或更高频率晶振，以获得较高的刷新频率，显示更稳定。 单片机的串口与列驱动器相连，用来显示数据。 P1 口低 4 位与行驱动器相连，送出行选信号； ～ 口则用来发送控制信号。 P0 口和 P2 口空着，在有必要的时候可以扩展系统的 ROM 和 RAM,图 给出的是 AT89C51 的最小系统图。 基于单片机的点阵电子显示屏的设计 9 图 单片机最小系统图 注 ： 该最小系统由按键复位 RESET 电路、晶体振荡电路以及 I/O 接口电路组成。 复位的实现通常用 2 种方式 ： 开机上电复位和外部手动复位，本设计用的是外部手动复位。 电路如图 ： 图 单片机复位电路 基于单片机的点阵电子显示屏的设计 10 单片机引脚介绍 P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口， 每脚可吸收 8TTL 门电流。 当P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。 在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口： P3 口管脚 是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL门电流。 当 P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表 所示： 表 P3 口特殊功能 口管脚 备选功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的基于单片机的点阵电子显示屏的设计 11 地位字节在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 单片机引脚图如图 ： 图 单片机的引脚图 基于单片机的点阵电子显示屏的设计 12 显示模块介绍 8X8 点阵介绍 从图 可以看出，点亮跨接在某行某列的 LED 发光二极管的条件是：对应的输出高电平，对应的输出低电平。 列如 Y7=1， I7=0 时，对应于右下角的 LED发光。 如果再很短的时间内依次点亮多个发光二极管，我们就可以看到多个二极管稳定点亮，及看到要显示的数字、字母或其他图形符号，这就是动态显示原理。 一个 8X8LED 点阵需要使用两个并行端口，一个端口控行线，另一个控制列线。 显示过程以行扫描的形式进行，扫描显示过程是每次显示一行 8 个 LED，显示时间称为行周期， 8 行扫描显示完成后开始新一轮扫描，这段时间称为场周期。 行与行之间延时 1~2ms。 延时时间受 50HZ 闪烁频率的限制，不能太大，用保证扫描所有 8 行所用时间之和在 20 ms 以内。 图 8X8LED 内部结构图和焊接面引脚图 基于单片机的点阵电子显示屏的设计 13 组成 16X16 点阵显示屏介绍 如图 所示电路为由 4 片 8X8LED 点阵组成的 16X16LED 点阵于单片机之间的接口电路。 正反面焊接面如图 与图 所示。 其中片 1 与片 2 的行并联在一起组成 ROW0~ROW7,片 3 与片 4 的行并联在一起组成 ROW8~ROW15；片 1 与片 3 的列并联在一起组成 COLO~COL7，片 2 与片 4 的列并联在一起组成COL8~COL15。 然后用 P1 和 P3 外加驱动 74HC154 控制行信号 ROW0~ROW15，用 P0 和 P2 外加限流控制信号 COL0~COL15。 行与行之间延时 1ms，保证扫描所用时间之和在 20ms。 并且我们的实物连接是按照从右到左从上到下的规则来定义字形码数组顺序的。 图 LED 显示屏焊接电路实物图 （正面） 基于单片机的点阵电子显示屏的设计 14 图 LED 显示屏焊接电路实物图（反面） 图 4 片 8X8LED 点阵组成的 16X16LED 点阵图 基于单片机的点阵电子显示屏的设计 15 文字 显示及移动显示介绍 从结构上可知，它的每一列共用一根列线，每一行共用一根行线。 当相应的行接高电平，列接低电平时，对应的发光二极管被点亮。 通常情况下，一块 8X8像素的 LED 显示屏是不能用来显示一个汉字的，因此，按照其原理结构进行扩展为 16X16，就足以显示一个完整的汉字。 在显示过程中，多采用扫描方式，利用人的视觉暂停效应，只要刷新速率不小于 25 帧 /秒，就不会有闪烁的感觉。 LED点阵显示屏采用 16 16 共 256 个象素的点阵，通过万用表检测发光二极管的方法测试判断出该点阵的引脚分布。 我们以 UCDOS 中文宋体字库为例，每一个字由 16 行 X 16 列的点阵组成显示。 即国标汉字。